三色LED顯示屏的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文給出基于單片機(jī)系統(tǒng)的16×15 三色LED 點(diǎn)陣雙顯示屏設(shè)計(jì)方案,采用動(dòng)態(tài)顯示原
理,配合優(yōu)化的程序設(shè)計(jì),在動(dòng)態(tài)掃描方式下,得到較高刷新速率、畫面清晰的三色顯示效
果。
本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了由紅、黃、綠組成的十二種顏色搭配的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)字符、文字、動(dòng)畫顯
示：集成ASCII 碼子庫(kù)顯示；四條廣告語(yǔ)的十二種顏色循環(huán)顯示；生動(dòng)的動(dòng)畫顯示。按鍵控制上下左右移動(dòng)及速度大小和灰度等級(jí)。
【關(guān)鍵詞】
三色LED 顯示屏 動(dòng)態(tài)顯示 單片機(jī) 雙屏顯示
【引言】
LED 電子顯示屏是隨著計(jì)算機(jī)及相關(guān)的微電子、光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展而形成的一種
電子廣告媒體，已經(jīng)滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、金融及信息廣告等各個(gè)行業(yè)，用于顯示字符、圖像等信息。LED 電子顯示屏的象素采用LED 發(fā)光二極管，將多個(gè)發(fā)光二極管以點(diǎn)陣的形式排列構(gòu)成LED 陣列，這種顯示屏具有耗電省、成本地、清晰度高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。本文重點(diǎn)提出了基于單片機(jī)系統(tǒng)的三色屏控制電路、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方法，并針對(duì)兩個(gè)16×15 屏同時(shí)顯示的特點(diǎn)，對(duì)其軟件實(shí)現(xiàn)的算法給出了具體的分析。
1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路
1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
設(shè)計(jì)并制作一個(gè)單片機(jī)為控制核心的三色LED 點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能及要求如
下：⑴紅、綠、黃、黑、彩色圖形、文字顯示，畫面清晰無(wú)閃爍。
⑵12 種顏色配置循環(huán)顯示，集成ASCII 碼字庫(kù)及三條以上中文廣告語(yǔ)
⑶通過(guò)按鍵鍵盤選擇不同的廣告語(yǔ)
⑷顯示方式的變化功能（上移、下移、左移、右移）及顯示速度的鍵盤控制（加、減速）
⑸動(dòng)畫顯示
1.2 數(shù)學(xué)模型
對(duì)于點(diǎn)陣型LED 顯示可以采用共陰極或共陽(yáng)極，本系統(tǒng)采用共陰極，其硬件電路如圖1
所示。當(dāng)行上有一負(fù)脈沖選通信號(hào)時(shí)，列端四位數(shù)據(jù)為1 者發(fā)光二極管導(dǎo)通點(diǎn)亮。這樣只需要將圖形或文字的顯示碼作為列信號(hào)且對(duì)應(yīng)于行信號(hào)的0 逐行掃描，就可以逐行點(diǎn)亮點(diǎn)陣。由于掃描時(shí)間很快和人眼的視覺暫留效應(yīng)，就可以顯示圖形或文字。
例如，若要圖中所示16 個(gè)LED 顯示一方框，則：
a) 行1～4 上加循環(huán)選通脈沖
b) 對(duì)應(yīng)行選通時(shí)，在列端（四位數(shù)據(jù)端）分別加下列數(shù)據(jù)：
行及行選通 A B C D
1 1 1 1 1
2 1 0 0 1

3 1 0 0 1
4 1 1 1 1
這樣，當(dāng)選通第一行時(shí)列信號(hào)為1111，選通第二行時(shí)列信號(hào)為1001，選通第三行時(shí)列
信號(hào)為1001，選通第四行時(shí)列信號(hào)為1111，當(dāng)刷新頻率足夠高時(shí)，由于人眼的視覺暫
留特性，便可觀察到穩(wěn)定的方框。

4×4 共陰極LED 陣列

1.3 方案選擇論證
LED 電子顯示屏的系統(tǒng)組成主要由單片機(jī)控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊（電子顯示屏屏體由若干
模塊拼裝而成）和INTERFACE 組成。針對(duì)任務(wù)要求，我們發(fā)現(xiàn)此項(xiàng)設(shè)計(jì)的核心部分在掃描方式的選擇以及數(shù)據(jù)輸出的不同形式上。因此，設(shè)計(jì)方案的比較主要對(duì)此展開。
1.3.1 方案的提出
方案一：靜態(tài)顯示
方案二：采用動(dòng)態(tài)掃描法并行輸出數(shù)據(jù)
方案三：采用動(dòng)態(tài)掃描法串行輸出數(shù)據(jù)
1.3.2 方案的比較
方案一所謂的靜態(tài)顯示就是對(duì)LED 電子顯示屏中的每一象素點(diǎn)都通過(guò)硬件單獨(dú)控制，整
個(gè)LED 顯示屏所有的LED 的同時(shí)顯示。此方式最大優(yōu)點(diǎn)是程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且畫面無(wú)閃爍。但這種設(shè)計(jì)存在致命的缺點(diǎn)：電路復(fù)雜，硬件利用率低，成本巨大。所以此方式一般不被采用。方案二和方案三同樣采用動(dòng)態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)顯示過(guò)程。所謂的動(dòng)態(tài)掃描法是利用人眼的視覺暫留特點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)的一種顯示方法，即當(dāng)刷新速率足夠高時(shí)，人眼就察覺不出顯示屏畫面更迭的閃爍。若要顯示一幀畫面，先送出第一行的數(shù)據(jù)，然后選通并點(diǎn)亮第一行，延時(shí)；此后送出第二行的數(shù)據(jù)，同樣選通、點(diǎn)亮并延時(shí)；依次將所有行掃描完，即給出了一幀的畫面。但方案二的缺點(diǎn)也是明顯的，比較而言，方案二的譯碼電路比較復(fù)雜，相對(duì)硬件開銷大一些；方案三電路構(gòu)成簡(jiǎn)單，譯碼電路簡(jiǎn)潔。
1.3.3 方案的確定
在此次設(shè)計(jì)中我們采用“動(dòng)態(tài)掃描法串行輸出數(shù)據(jù)”的方法。具體設(shè)計(jì)在下面的敘述中
將詳細(xì)討論。